CN113484165B - 复合材料剪切力学性能高效测试方法 - Google Patents

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Abstract

本发明介绍复合材料剪切力学性能高效测试方法，属于试验力学领域。在进行力学性能测试时，通过调整拉压杆、上夹头和下夹头，将标准试验件放置到上夹头和下夹头之间，而后，通过控制系统，给标准试验件缓慢加载。通过标准试验件上的应变片，得到标准试验件的应变，最后得到试验件的弹簧系数K。该发明解决了复合材料剪切力学性能测试的分散性，降低了试验数据的离散系数，减少了试验数据的剔除数量，减少补充试验件数量，大大提高了力学性能测试的经济效益。且去掉测试应变采集系统，减少了该测试过程的时间，提高了测试效率。

Description

复合材料剪切力学性能高效测试方法
技术领域
本发明介绍复合材料剪切力学性能高效测试方法，属于试验力学领域。
背景技术
复合材料剪切力学性能是进行复合材料强度校核必要的条件，快速高效的获得复合材料的力学性能，得到可靠性高、分散性小的试验数据，具有重要的意义。
现阶段的复合材料剪切力学性能测试，要获得材料模量特性，都是通过对试验件的应变测试获得的。在其应变测试中，需要接应变片、引伸计、应变测试系统等一系列的传感器和测试仪器。应变片的粘贴、引申计的安装及电阻丝等本身的误差，分散性会影响试验结果，使测试结果离散性大。以此得出的测试数据，在进行设计值统计时，由于数据离散性大，MNR残差超限，会导致一定的剔除数据，导致统计值偏保守，不利于飞机雷达罩等复合材料结构的优化设计，降低了雷达罩乃至整个飞机的经济性。
本发明在剪切力学性能测试系统中引入标准试验件，通过力载荷试验机给标准试验件缓慢加载，通过标准试验件上的应变测试，得到标准试验件的应变值，得到试验件的弹簧系数。在进行测试试验件力学性能测试时，不引入应变测试系统，直接通过试验机施加载荷，利用标准试验件测出的弹簧系数，结合载荷量值，计算测试试验件的力学性能。
最根本的，人工的不确定性，增加了试验结果的分散性。
解决现有复合材料剪切力学性能测试过程中，存在的测试结果分散性问题。测试结果分散性主要有应变片的分散性，包括应变片种类、参数、尺寸等带来的应变片分散性；测试系统的分散性，包括导线，接触电阻，引起一系列的不确定性，最终反映在测试结果的分散性；应变测试工装安装导致的分散性，包括测试工装安装、人的因素导致的差异性。
解决现有复合材料力学测试中各种因素造成的试验数据分散性大的问题。
目前的所有试验机，都已经数字化，测试设备的移动夹头都能够准确恢复到机器设定的原始位置。而整个的试验机的机架系统是不变的，因而，具有固定的载荷/位移特性。
因而，通过计算与换算，可以省略应变测试系统，得到稳定可靠的应变测试结果。
发明内容
在进行力学性能测试时，通过调整拉压杆、上夹头和下夹头，将标准试验件放置到上夹头和下夹头之间，而后，通过控制系统，给标准试验件缓慢加载。通过标准试验件上的应变片，得到标准试验件的应变，最后得到试验件的弹簧系数K。
拉力机为现有已知设备，运用拉力机及夹具，实现本发明的操作，其中拉力系统由以下部分组成：1：拉压杆；2：载荷传感器；3：上夹头；4：下夹头；5：夹具；7：标准试验件；8：位移传感器；9：待测试验件；10：试验机机架。
1)标准试验件的弹簧系数已知，对标准试验件进行测试，评估试验机本身的参数对测量结果的影响。将标准试验件安装到夹具A和夹具B之间，
2)
其中：ΔL：为试验机的位移读数(已知量)
F：试验机传感器的读数(已知量)
Kj：为试验机的等效弹簧系数
L：为试验件的长度
B：为试验件的宽度
T：为试验件的厚度
KB：标准试验件的弹簧系数
得到：
那么在试验件测试后，可以通过下式得到试验件的变形：
而后，可以通过获得试验件的应变。
技术方案
复合材料剪切力学性能高效测试方法，包括如下步骤：
1)、制作标准试验件7和夹具5，夹具5为钢结构，用胶粘剂将标准试验件7和夹具5粘接在一起，放置在常温环境中等待胶粘剂固化后取出。将粘接在一起的夹具5和标准试验件7固定在试验机上。
给标准试验件7提供能产生明显位移的压力载荷。标准试验件7的弹簧系数已知，对标准试验件7进行测试，评估试验机本身以及胶粘剂对测量结果的影响即：
ΔL：为试验机的位移读数，F：试验机传感器的读数，
Kj：为试验机的等效弹簧系数，KB：标准试验件7的弹簧系数，其中：L：为标准试验件7的长度，B：为标准试验件7的宽度，T：为标准试验件7的厚度；
从而得到试验机本身以及胶粘剂的等效弹簧系数
2)、制作待测试验件9，待测试验件9的尺寸和标准试验件7保持一致。重复步骤1)，此时，试验机本身以及胶粘剂的等效弹簧系数Kj已经通过步骤1测量得到。这样可以计算出待测试验件9的变形：
而后通过获得待测试验件9的剪切应变。
所述夹具5为L型，L型底部的长度应满足和上夹头3的连接要求。
所述L型侧边长度应大于标准试验件7的长度。
所述步骤1中胶粘剂将标准试验件7和夹具5粘接在一起后，还能在常温和真空环境下静置24小时后取出，采用真空环境利于胶粘剂和标准试验件7粘接牢固。
所述待测试验件9与标准试验件7和夹具5的粘接处理方式完全相同。
所述的采用胶粘剂将标准试验件7和夹具5粘接，两个粘接面积都应大于300mm×300mm。
所述拉力机应同时具备载荷传感器2，位移传感器8。
粘接完成后的夹具5和标准试验件7的总高度应大于上夹头3和下夹头4之间的最小距离。
所述标准试验件7的材料为玻璃纤维。
技术效果
该发明解决了复合材料剪切力学性能测试的分散性，降低了试验数据的离散系数，减少了试验数据的剔除数量，减少补充试验件数量，大大提高了力学性能测试的经济效益。且去掉测试应变采集系统，减少了该测试过程的时间，提高了测试效率。
附图说明
图1为力学性能测试系统示意图。
其中：拉压杆-1，载荷传感器-2，上夹头-3，下夹头-4，夹具-5，标准试验件-7，位移传感器-8，待测试验件-9
具体实施方式
下面我们结合附图1进一步对本力学性能测试方法做出进一步的说明：
拉力机可以测量力和位移，由试验件机架，拉压杆1，载荷传感器2，上夹头3，下夹头4，夹具5，标准试验件7，位移传感器8，待测试验件9组成。
1、制作标准试验件7和夹具5，夹具5为钢结构，用FN305胶粘剂将标准试验件7和夹具5粘接在一起，放置在常温环境中等待胶粘剂固化后取出。将粘接在一起的夹具5和标准试验件7固定在试验机上。
给标准试验件7提供能产生明显位移的压力载荷。标准试验件7的弹簧系数已知，对标准试验件7进行测试，评估试验机本身以及胶粘剂对测量结果的影响即：
ΔL：为试验机的位移读数(已知量)，F：试验机传感器的读数(已知量)，
Kj：为试验机的等效弹簧系数，KB：标准试验件7的弹簧系数(其中：L：为标准试验件7的长度，B：为标准试验件7的宽度，T：为标准试验件7的厚度)
从而得到试验机本身以及胶粘剂的等效弹簧系数
2、制作待测试验件9，待测试验件9的尺寸和标准试验件7保持一致。重复步骤1，此时，试验机本身以及胶粘剂的等效弹簧系数Kj已经通过步骤1测量得到。这样可以计算出待测试验件9的变形：
而后，可以通过获得待测试验件9的剪切应变。
所述夹具5为L型，L型底部的长度应满足和上夹头3的连接要求。太短接触面积小，不利于载荷加载。
所述L型侧边长度应大于标准试验件7的长度，能保证标准试验件7能够完全承受剪切力。
所述步骤1中FN305胶粘剂将标准试验件7和夹具5粘接在一起后，在常温和真空环境下静置24小时后取出，采用真空环境利于胶粘剂和标准试验件7粘接牢固。
所述待测试验件9与标准试验件7和夹具5的粘接处理方式完全相同。能够保证获得的等效弹簧系数没有波动。
所述的采用FN305胶粘剂将标准试验件7和夹具5粘接，两个粘接面积都应大于300mm×300mm，保证夹具5根标准试验件7的粘接力足够。所述两个粘接面积处理方式需完全一致。
所述拉力机应同时具备载荷传感器2，位移传感器8。能够测量出来计算等效弹簧系数所需要的力和位移。
粘接完成后的夹具5和标准试验件7的总高度应大于上夹头3和下夹头4之间的最小距离，才能保证夹具5和标准试验件7能够承受压力载荷。
所述标准试验件7的材料为玻璃纤维，保证标准试验件7和待测试验件9的材料体系一致。
在复合材料剪切力学性能测试系统中引入标准试验件，通过得到标准试验件的应变值，得到试验件的弹簧系数。在进行测试试验件力学性能测试时，不引入应变测试系统，直接利用标准试验件测出的弹簧系数，得出测试试验件的力学性能。

Claims (9)

1.复合材料剪切力学性能高效测试方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)、制作标准试验件(7)，用胶粘剂将标准试验件(7)和夹具(5)粘接在一起，放置在常温环境中等待胶粘剂固化后取出；将粘接在一起的夹具(5)和标准试验件(7)固定在试验机上；
给标准试验件(7)提供能产生明显位移的压力载荷；标准试验件(7)的弹簧系数已知，对标准试验件(7)进行测试，评估试验机本身以及胶粘剂对测量结果的影响即：
ΔL标准件：为放入标准件后试验机的位移读数，F：试验机传感器的读数，
Kj：为试验机本身以及胶粘剂的等效弹簧系数，KB：标准试验件(7)的弹簧系数，其中：为标准试验件(7)的长度，B：为标准试验件(7)的宽度，T：为标准试验件(7)的厚度；
从而得到试验机本身以及胶粘剂的等效弹簧系数
2)、制作待测试验件(9)，待测试验件(9)的尺寸和标准试验件(7)保持一致；重复步骤1)，此时，试验机本身以及胶粘剂的等效弹簧系数Kj已经通过步骤1)测量得到；这样计算出待测试验件(9)的变形：
而后通过获得待测试验件(9)的剪切应变。
2.根据权利要求1所述的复合材料剪切力学性能高效测试方法，其特征在于，所述夹具(5)为L型，L型底部的长度应满足和上夹头(3)的连接要求。
3.根据权利要求2所述的复合材料剪切力学性能高效测试方法，其特征在于，L型夹具(5)的侧边长度应大于标准试验件(7)的长度。
4.根据权利要求1所述的复合材料剪切力学性能高效测试方法，其特征在于，所述步骤1)中胶粘剂将标准试验件(7)和夹具(5)粘接在一起后，在常温和真空环境下静置24小时后取出，采用真空环境利于胶粘剂和标准试验件(7)粘接牢固。
5.根据权利要求1所述的复合材料剪切力学性能高效测试方法，其特征在于，所述待测试验件(9)与标准试验件(7)和夹具(5)的粘接处理方式完全相同。
6.根据权利要求1所述的复合材料剪切力学性能高效测试方法，其特征在于，胶粘剂将标准试验件(7)和夹具(5)粘接，两个粘接面积都应大于300mm×300mm。
7.根据权利要求1所述的复合材料剪切力学性能高效测试方法，其特征在于，拉力机应同时具备载荷传感器(2)、位移传感器(8)。
8.根据权利要求1所述的复合材料剪切力学性能高效测试方法，其特征在于，粘接完成后的夹具(5)和标准试验件(7)的总高度应大于上夹头(3)和下夹头(4)之间的最小距离。
9.根据权利要求1所述的复合材料剪切力学性能高效测试方法，其特征在于，所述标准试验件(7)的材料为玻璃纤维。
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